二、etcd的4個核心機制

etcd以key-value的形式進行數(shù)據(jù)的存儲. 配合下面的這四種機制,使得etcd的應用場景更加的廣泛.

• 「Prefix 機制」：即前綴機制，也稱**「目錄機制」**，客戶端向etcd放入2個鍵值對配置, 假如一個key是“/test/key1" , 另一個key是"/test/key2". 則通過前綴"/test"查詢etcd，返回一個列表包含key為“/test/key1" 和"/test/key2"的鍵值對數(shù)據(jù)；
• 「Watch 機制」：即監(jiān)聽機制，watch機制針對某個key進行監(jiān)聽,也支持針對前綴進行范圍監(jiān)聽. 當被監(jiān)聽的key 或前綴范圍發(fā)生變化的時候，客戶端會收到變更通知；
• 「Lease 機制」：即租約機制（TTL，Time To Live），支持為key-value增加一個存活時間,超過這個時間key-value將過期被刪除. 支持解約(刪除key-value),續(xù)約(增加TTL時間)等操作.
• 「Revision 機制」：每個key帶有一個 全局唯一的Revision 號，每一次事務加1，它是全局唯一的，所以通過Revision可以判定數(shù)據(jù)寫操作的順序,對于實現(xiàn)分布式鎖和隊列非常有幫助.

三、Leader選舉與客戶端交互

使用etcd的時候，為了保證高可用，通常采用集群的部署方式。部署奇數(shù)個節(jié)點，通常建議是3個或5個，因為etcd集群之間需要**「通過網(wǎng)絡交互保證配置信息的一致性」**。分布式多節(jié)點保證了高可用，但是節(jié)點太多了也不好，越多的節(jié)點網(wǎng)絡消耗越大。至于為什么是奇數(shù)個？這就涉及到Leader選舉的問題，奇數(shù)個方便投票出結果。

etcd使用raft算法保證集群內各個節(jié)點之間數(shù)據(jù)一致性。raft算法將集群內的節(jié)點分為Leader, Follower, Candidate(候選人)這三個角色。

• 集群初始化的時候，每個節(jié)點都是Follower角色。通過raft算法選舉投票，選出一個節(jié)點作為Leader。
• Leader作為主節(jié)點，與其他節(jié)點維持心跳，并同步數(shù)據(jù)至其他節(jié)點。
• 當Follower一段時間內沒有收到leader的心跳，就會將自己角色改為Candidate候選者，并發(fā)起一次新的選舉，選舉新的Leader。

客戶端在操作etcd集群數(shù)據(jù)的時候：

• 讀操作：客戶端可以訪問任意節(jié)點進行數(shù)據(jù)的讀操作
• 寫操作：客戶端訪問任意節(jié)點進行寫操作，如果該節(jié)點是Follower，則將請求轉發(fā)給Leader。由Leader負責數(shù)據(jù)的寫操作(增刪改)，將數(shù)據(jù)持久化，并向Follower發(fā)送同步數(shù)據(jù)的消息。

四、etcd的應用場景

4.1. kubernetes大腦

目前，etcd的最典型的應用場景就是作為Kubernetes 集群的大腦。

如果把kubernetes比作一個大飯店，那么etcd就是這個飯店的進銷存+客戶關系管理系統(tǒng)。

• kubernetes作為容器編排服務，將面向客戶提供的各種服務進行合理的資源分配，服務編排。
• 不可避免地，有一些kubernetes集群的配置和狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如 pod 的數(shù)量、它們的狀態(tài)、命名空間等。需要有一個統(tǒng)一的記錄、管理的地方，它就是etcd。

最重要的是：「etcd具備watch監(jiān)聽的功能，一旦某個配置或者某個狀態(tài)發(fā)生變更，集群內所有的服務全都可以通過watch監(jiān)聽機制實時獲取到消息，進而做出進一步的響應。」  幾乎etcd的所有應用場景，都是基于watch監(jiān)聽機制產(chǎn)生的，包括我們后面為大家介紹的服務注冊發(fā)現(xiàn)和訂閱通知。

4.2. 服務注冊與發(fā)現(xiàn)

其實kubernetes也利用etcd實現(xiàn)服務注冊發(fā)現(xiàn)機制，但是上面的那張圖不太好說明，我新畫了兩張圖說明etcd在實現(xiàn)服務注冊發(fā)現(xiàn)機制中的作用。

所謂的服務注冊實現(xiàn)原理就是：服務在啟動的時候，向etcd寫入一條配置數(shù)據(jù)，該條配置數(shù)據(jù)說明自己的服務名稱，服務ip地址，服務端口等信息。

所謂的服務發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)原理舉例：服務C的某個實例希望訪問服務A，服務C向etcd詢問服務A的訪問地址，etcd響應結果：服務A有三個實例，地址列表如：xxx.xxx.xxx.xxx:端口、yyy.yyy.yyy.yyy:端口，zzz.zzz.zzz.zzz:端口。服務C不需要訪問三個實例，訪問其中一個就可以得到結果，所以它按照自己的負載均衡算法選了一個，這個就叫做：客戶端負載均衡。

4.3. 健康檢查與狀態(tài)變更通知

銜接上文：「服務C下一次訪問服務A的時候，還需要訪問etcd么？答案是不需要」，它訪問過一次之后，就會自己維護一個服務A訪問地址的列表，**「除非這個列表發(fā)生變化，否則是不會再次去詢問etcd的。」**那么一個服務怎么知道另一個服務的列表發(fā)生變化呢？比如：服務A的實例注冊狀態(tài)發(fā)生變化?？赡苁怯捎谀撤N原因掛掉了，可能是OOM或者是網(wǎng)絡問題等。

• 服務在注冊到etcd之后，會保存一個關于該服務的注冊配置信息，該注冊配置信息由一個TTL，etcd同時會與該服務維持心跳。一旦超過TTL時間，無法得到服務的心跳響應，etcd就認為該節(jié)點的健康狀態(tài)出現(xiàn)了問題，就會將該節(jié)點下線（注冊配置信息刪除）。
• 服務在注冊到etcd之后，會保持對etcd狀態(tài)數(shù)據(jù)變更的監(jiān)聽，一旦獲取監(jiān)聽結果：服務A的實例狀態(tài)發(fā)生變更，該服務就會從etcd重新拉取服務A的注冊列表。

4.4.分布式鎖

跨進程跨系統(tǒng)的多線程操作公共資源，發(fā)生多線程競爭，為了避免線程不安全，需要使用分布式鎖。如果多線程在單個進程內發(fā)生資源競爭，就是用Lock就可以了，不需要分布式鎖。比如：你在mysql庫里面有一個用戶余額數(shù)據(jù)，多個進程內的線程同時更改這個值，可能發(fā)生并發(fā)的數(shù)據(jù)覆蓋。為了避免這樣的問題，多個進程排排隊，A先來，A釋放了鎖B再來，B釋放了鎖C再來。

舉例：上圖的3個client代表三個服務，都要操作某個資源數(shù)據(jù)。

• 在嘗試調用加鎖API的時候，client1獲取到的revision=1,它優(yōu)先獲得加鎖的資格。加鎖就是加一個帶有revision的配置記錄。其他的所有的服務，都通過watch機制監(jiān)聽鎖的釋放。
• client在嘗試調用加鎖API的時候，被分配了revision。并且按照revision進行了排序，監(jiān)聽距離自己revision差值最小，而且小于自己的Revision，不會產(chǎn)生驚群效應。

4.5.實現(xiàn)消息隊列(純扯淡)

我覺得使用etcd實現(xiàn)消息隊列，是一種純扯淡的做法。如果大家有什么異議，歡迎留言！

不是說做不了，確實寫個demo是可以的。往etcd里面放數(shù)據(jù)，再通過watch機制進行監(jiān)聽，這不就是一個典型的消息隊列么？扯淡！如果我只為了實現(xiàn)消息數(shù)據(jù)的發(fā)布訂閱，其實有很多辦法，我還用搭一個etcd集群？Spring的Event機制，java的響應式編程，哪怕自己搞一個BlockQueue呢，是不是都能實現(xiàn)消息的發(fā)布訂閱。

我們之所以使用kafka、RocketMQ這樣的消息隊列，肯定是因為我們的異步數(shù)據(jù)達到一定的規(guī)模了。達到規(guī)模的異步消息數(shù)據(jù)傳遞根本就不是etcd的應用場景，正如本文開頭所述：別忘了它叫做etc阿就d，「它就是一個為分布式系統(tǒng)存儲配置信息的，不是消息中間件?！?/strong>

tar zxvf etcd-v3.5.4-linux-amd64.tar.gz;
cd etcd-v3.5.4-linux-amd64;
cp etcd etcdctl /usr/local/bin/;

/usr/local/bin/etcd --version

/usr/local/bin/etcd  --listen-client-urls 'http://0.0.0.0:2379' --advertise-client-urls 'http://0.0.0.0:2379'

# /usr/local/bin/etcdctl put /dir1 aaa
OK
# /usr/local/bin/etcdctl get /dir1
/dir1
aaa

<dependency>
    <groupId>io.etcd</groupId>
    <artifactId>jetcd-core</artifactId>
    <version>0.3.0</version>
</dependency>

import io.etcd.jetcd.ByteSequence;
import io.etcd.jetcd.Client;
import io.etcd.jetcd.KV;
import io.etcd.jetcd.kv.GetResponse;
import io.etcd.jetcd.kv.PutResponse;
import org.junit.jupiter.api.*;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

import static junit.framework.TestCase.assertNotNull;

//這個注解配合函數(shù)的Order注解,決定測試用例函數(shù)的執(zhí)行順序
@TestMethodOrder(MethodOrderer.OrderAnnotation.class)
public class EtcdTest {
  private static Client etcdClient;

  @BeforeAll
  static void  init(){
    etcdClient = Client.builder()
             //這里的etcd服務列表可以寫多個,用逗號分隔
            .endpoints("http://192.168.161.3:2379".split(","))
            .build();
  }

  @Test
  @Order(1)
  @DisplayName("etcd寫配置操作")
  void putKV() throws ExecutionException, InterruptedException {
    KV kv = etcdClient.getKVClient();
    ByteSequence key = ByteSequence.from("key-str", StandardCharsets.UTF_8);
    ByteSequence value = ByteSequence.from("value-str", StandardCharsets.UTF_8);
    //put key-value配置信息
    CompletableFuture<PutResponse> putRsp = kv.put(key,value);
    assertNotNull(putRsp.get().getHeader());
  }


  @Test
  @Order(2)
  @DisplayName("etcd讀配置操作")
  void getKV() throws ExecutionException, InterruptedException {
    KV kv = etcdClient.getKVClient();
    ByteSequence key = ByteSequence.from("key-str", StandardCharsets.UTF_8);
    //通過key獲取值
    CompletableFuture<GetResponse> getRsp = kv.get(key);
    String getBackValue = getRsp.get().getKvs().get(0).getValue().toString(StandardCharsets.UTF_8);
    System.out.println("從etcd通過key獲取value值為：" + getBackValue);
  }


  @Test
  @Order(3)
  @DisplayName("刪除配置操作")
  void deleteKV() {
    KV kv = etcdClient.getKVClient();
    ByteSequence key = ByteSequence.from("key-str", StandardCharsets.UTF_8);
    //通過key刪除數(shù)據(jù)
    kv.delete(key);
  }
}

//租約
Lease lease=etcdClient.getLeaseClient();
//監(jiān)聽
Watch watch =etcdClient.getWatchClient();
//選舉
Election election =etcdClient.getElectionClient();
//鎖
Lock lock=etcdClient.getLockClient();